FKM Kompass
L2

SI määratlused, jälgitavus ja kalibreerimine

Alates 2019. aastast on iga SI põhiühik määratud looduskonstandi arvväärtuse fikseerimise kaudu — sekund tseesiumi siirde, meeter valguse kiiruse ja kilogramm Plancki konstandi kaudu — nii et viimane füüsiline etalon, Pariisis hoitav plaatina-iriidiumkilogramm, võeti kasutuselt maha ja iga sobiva aparatuuriga labor saab ühiku algpõhimõtetest lähtudes taasesitada. Sellest määratlusest lauapealse mõõteriista näiduni jõudmine ongi jälgitavus: katkematu kalibreerimiste ahel, igaühel oma esitatud mõõtemääramatus, mis seob mõõteriista määratluse taasesitusega. Ilma selle ahelata on näit päritoluta arv, olgu tal kui palju kohti tahes.

Practise this concept

Suurema osa kahekümnendast sajandist oli kilogramm Pariisi lähedal hoiukambris asuv plaatina-iriidiumsilinder ja kilogramm oli see, mida see silinder kaalus. Määratlus töötas, kuid tal oli ebamugav omadus: ametlikud koopiad triivisid selle suhtes sajandi jooksul kümnete mikrogrammide võrra ja polnud võimalik öelda, milline neist oli muutunud. Alates 2019. aasta maist ei toetu ükski SI ühik esemele. Iga ühik on määratud konstandi arvväärtuse täpseks kuulutamise kaudu — sekund tseesiumi ülipeensiirde sageduse, meeter valguse kiiruse, kilogramm Plancki konstandi, amper elementaarlaengu, kelvin Boltzmanni konstandi ja mool Avogadro konstandi kaudu.

Sellest järeldub kaks asja. Määratlused on nüüd püsivad viisil, nagu ese kunagi olla ei saanud, ja need on demokraatlikud: iga labor, kus on Kibble'i kaal või optiline aatomkell, saab ühiku määratlusest lähtudes ise taasesitada, selle asemel et saata mass võrdlemiseks Prantsusmaale. Ja mis oluline — üleminekuhetkel ei muutunud midagi mõõdetavat. Järjepidevus kavandati sisse, nii et uus kilogramm ühtib vanaga selle mõõtemääramatuse piires, millega vana tunti, ja ükski varasem mõõtmine ei vajanud ülevaatamist.

Ühiku taasesitamine on eriala töö, selle kasutamine mitte, ja neid kaht ühendab jälgitavus. Mõõtmine on jälgitav siis, kui selle tulemuse saab siduda määratluse taasesitusega katkematu võrdluste ahela kaudu, kus iga lüli on dokumenteeritud ja annab oma panuse mõõtemääramatusse. Praktikas: rahvuslik metroloogiaasutus taasesitab ühiku, kalibreerib etaloni, see kalibreerib tööetaloni, see omakorda sinu lauapealse mõõteriista, ja mõõtemääramatus kasvab igal sammul veidi. Just seepärast esitab kalibreerimistunnistus hälbe ja mõõtemääramatuse, mitte otsuse, just seepärast kalibreerimised aeguvad ning just seepärast ütleb paljude kohtadega mõõteriist ilma ahelata sinu taga ainult seda, mida ta kordab, mitte seda, mis on tõsi.

Key ideas

Requires: Füüsikalised suurused ja ühikud, Mõõtmine, täpsus ja õigsus, Mõõtemääramatus ja viga

Common misconceptions

  • Arvamus, et 2019. aasta uus määratlus muutis ühikute suurust ja et vanad mõõtmised vajavad seetõttu parandamist. Järjepidevus oli nõue juba kavandamisel: uus kilogramm ühtib vana etaloniga selle mõõtemääramatuse piires, millega etaloni tunti, ja ükski laborimärkmik ei muutunud valeks. Muutus see, kus määratlus asub — fikseeritud konstandis, mitte metallitükis, mis võib triivida, viga saada või olla ligipääsetav ainult koopiate Pariisi saatmise teel.
  • Kalibreerimistunnistuse lugemine templina, mis ütleb, et mõõteriist on õige. Tegelikult ütleb see midagi kitsamat ja kasulikumat: sellel kuupäeval, selle etaloni suhtes, näitas mõõteriist niipalju üle või alla, sellise mõõtemääramatusega. See on parand, mida oodatakse rakendatavat, mitte garantii — ja see vananeb, mistõttu on olemas kalibreerimisintervallid ja mistõttu vajab maha kukkunud mõõteriist uut kalibreerimist sõltumata tunnistusel olevast kuupäevast.
  • Ekraanil olevate lisakohtade pidamine täpsuse tõendiks ja seeläbi suure lahutusvõimega mõõteriista automaatselt jälgitavaks pidamine. Lahutusvõime ütleb, mida mõõteriist suudab eristada; jälgitavus ütleb, kas tema skaala on dokumenteeritud võrdluste kaudu määratlusega seotud. Kunagi kalibreerimata kuue ja poole kohaga multimeeter võib olla kolmandas kohas järjekindlalt vale ja esitab ülejäänud kolm sama enesekindlalt edasi.

Resources

Kuulub nende TÜ ainete hulka

See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.